Биотехнология. Основные направления и перспективы биотехнологии. Сферы применения

План – конспект урока по биологии в 9 классе

Тема: Биотехнология. Основные направления и перспективы биотехнологии. Сферы применения.

Цель: сформировать знания учащихся о биотехнологиях, рассмотреть этические аспекты исследований в биотехнологии, рассказать о перспективах развития и сферах применения данной науки.

Задачи:

Образовательные:

• познакомить учащихся с наукой биотехнологией, с методами создания и использования биологических объектов, ее достижениями и перспективами развития;

• рассмотреть вопрос о генно-модифицированных организмах;

• познакомить с проблемой по данному вопросу, научить отстаивать свою точку зрения.

Развивающие:

• развивать творческий подход к изучению нового материала, интеллектуальные способности, память;

• приобретение обучаемыми умений работать с различными литературными источниками, совершенствовать мыслительные процессы, речь.

Воспитательные:  

• воспитывать у учащихся потребность в знаниях, ответственность при выполнении заданий;

• укреплять стремление приносить только пользу людям, акцентируя на проблеме этичности применения генных технологий.

Тип урока:изучение нового материала.

Оборудование: доска, плакаты, тетрадь, книга.

Ход урока

«Микроб, этот гадкий утенок первых лет эпидемиологии…

превратился в прекрасного лебедя современной биотехнологии»

Б. А. Нейман

1. Организационный момент

Приветствия учителя и учащихся; отметка отсутствующих; проверка внешнего состояния классного помещения; проверка подготовленности учащихся к уроку; организация внимания и внутренней готовности, проверка домашнего задания.

1. Актуализация знаний

1.Что позволяет осуществить биотехнология?

А) Получить необходимые человеку вещества с помощью живых организмов.+

Б) Изучать генотип человека.

2. Какие отрасли народного хозяйства используют биотехнологии?

А) Сельское хозяйство

Б) Медицина

В) Все перечисленные+

3. Из каких живых организмов выделяют антибиотики?

А) Плесневые грибы+

Б) Водоросли

4. В какой отрасли промышленности не используют микроорганизмы?

А) В металлургической

Б) Пищевой

В) Атомной+

5.Биотехнология – это…

А) целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далеких по своему происхождению;

Б) неродственная гибридизация;

В) это промышленное использование биологических процессов и систем на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами +

6.Каков принцип генной инженерии?

А) Выделение и введение гена в новое генетическое окружение с целью создания организма.+

Б) Выделение и введение гена в родительский организм с целью создания организма.

1. Изучение нового материала

На современном этапе уровень развития науки позволяет человеку использовать не только различные вещества и материалы для своих целей, но и живых организмов, что открывает новый этап развития цивилизации – этап активного развития биотехнологий.

Подбиотехнологией понимают использование в промышленной деятельности человека культур клеток живых организмов, метаболизм и биосинтетические способности которых обеспечивают выработку специфических веществ.

(Давайте запишем в тетрадь, термин биотехнология)

Биотехнология – это дисциплина, которая исследует возможности ис-пользования организмов для решения актуальных технологических задач, а также возможности создания организмов с необходимыми для хозяйственной деятельности свойствами средствами генной инженерии

Изучение процессов жизнедеятельности клетки и организма, выяснение природы наследственности и способов получения искусственных мутаций послужили основой для развития биотехнологии (от греч. bios — жизнь, techne — искусство и logos — учение) — прикладной науки, использующей биологические системы и процессы в различных областях сельского хозяйства, промышленности и медицины. Термин «биотехнология» был предложен в 1917 г. венгерским инженером Карлом Эреки, однако человек издавна использовал для своих нужд различные биотехнологические процессы: хлебопечение, квашение овощей, приготовление кефира, сыра, вина, пива и т. п.

Уже сегодня биотехнологии дают возможность обеспечивать человечество необходимыми лекарствами и пищевыми продуктами – например, при помощи генетически модифицированных бактерий существует возможность получать инсулин, жизненно необходимый людям, которые страдают диабетом.

Некоторые биотехнологические процессы с древних времен использовались в хлебопечении, в приготовлении вина и пива, уксуса, сыра, при различных способах переработки кожи, растительных волокон. Современная биотехнология основана главным образом на культивировании микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов), животных и растительных клеток. (Табл.1)

(Запишем таблицу в тетрадь)

Таблица1.1 Использование микроорганизмов

Основными операциями в биотехнологии производства мягкого сыра являются: созревание молока, нормализация, пастеризация, биотехнологическая обработка молока, обработка сгустка, самопрессование и прессование сыра, посолка, обсушка, упаковка, созревание и хранение продукта.

Основные направления биотехнологии

В ходе урока учащиеся заполняют схему «Основных направлений биотехнологии»

Начало разработки научных основ биотехнологии связано с именем французского учёного Луи Пастера, который в середине XIX в. исследовал свойства микроорганизмов. Так, выясняя причину прокисания вина, Пастер обнаружил микроорганизм —Mycoderma aceti, превращающий вино в уксус. Рекомендация Пастера предотвращать порчу вина путём его прогревания в течение 30 мин при температуре 55—60 °С под названием «пастеризация» получила широкое применение в пищевой промышленности. В современной биотехнологии ведущее место занимают биохимические реакции, протекающие под действием иммобилизованных ферментов (энзимов). С их помощью получают важнейшие компоненты для пищевой и медицинской промышленности.

Другое важное направление биотехнологии —микробиологическая технология — связано с культивированием штаммов микроорганизмов, плесневых и дрожжевых грибов для производства в промышленных масштабах кисломолочных продуктов, антибиотиков, витаминов, синтетических белков и т. п.

Благодаря открытиям и успехам молекулярной биологии и генетики в биотехнологии со второй половины XX в. бурно развивается биоинженеринг, представленный тремя направлениями: клеточной, хромосомной и генной инженерией. Клеточная инженерия связана с генетическими экспериментами с изолированными клетками, благодаря которым получают новые генотипы многоклеточных организмов с хозяйственно ценными признаками. Предпосылкой для развития клеточной инженерии стала клеточная технология — выращивание отдельных соматических клеток на питательных средах. Хромосомная инженерия является одним из методов комбинационной селекции, так как связана с выделением и переносом отдельных хромосом с известным набором генов в клетки другого организма, которые приобретают в результате этого новые свойства. Это направление биотехнологии связано с другим направлением — генной инженерией, использующей лабораторные методы in vitro (в пробирке), которые заключаются в переносе генов от одного организма к другому. Одной из задач генной инженерии является создание бактериальных клеток, способных в промышленных масштабах синтезировать защитные белки и гормоны.

Инженерная энзимология

Как вам уже известно, ферменты (энзимы) — вещества белковой природы, поэтому они неустойчивы при хранении и не могут быть использованы в биохимических реакциях многократно (из-за трудностей, связанных с разделением реагентов и продуктов реакции). Решить эти проблемы технологического характера позволяет применение иммобилизованных ферментов, созданием которых занимаются учёные, работающие в области инженерной энзимологии.

Начало применению иммобилизованных ферментов было положено в 1916 г., когда американские учёные Дж. Нельсон и Е. Гриффин адсорбировали на древесном угле фермент инвертазу и показали, что при этом он сохраняет свою каталитическую активность. Сам термин «иммобилизованные ферменты» был введён в науку значительно позже, в 1971 г. Им стали обозначать любые ограничения свободы передвижения фермента в пространстве, где протекает биохимическая реакция, которая лежит в основе получения необходимого ферментативного продукта.

Основные преимущества использования иммобилизованных ферментов перед природными заключаются в следующем:

• иммобилизованные ферменты легко отделимы от реакционной среды, что даёт возможность использовать их повторно, а также получать чистый (без примесей) продукт ферментативной реакции;

• ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход конечного продукта;

• иммобилизованные ферменты можно модифицировать, целенаправленно изменяя их свойства, например специфичность действия;

• можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путём изменения свойств носителя.

 Генетически модифицированные организмы 

Генетически модифицированные организмы – организмы, в генотип которых внесены изменения искусственным путем.

(Запишем понятие в тетрадь)

Сегодня генетически модифицированные организмы широко используются в сельском хозяйстве – без них невозможно было бы обеспечить население достаточным количеством пищевых ресурсов. В то же время, широко освещается точка зрения о вреде употребления ГМО в пищу, которая является неверной, поскольку при переваривании любых организмов животным или человеком весь генетический материал будет разрушен.

Единственный вред, который могут нанести ГМО – это вред генетическому разнообразию популяций, так как создание ГМО предполагает создание генетически идентичных или генетических близких организмов. Большое число генетически однородных особей в популяции, скрещиваясь с особями дикого типа, снижает ее генетическое разнообразие, и следовательно – общую приспособленность к условиям окружающей среды, что негативно сказывается на выживаемости популяций.

В то же время именно ГМО позволяет получать сегодня инсулин, синтезируемый бактериями, что намного дешевле технологии, используемой ранее – добычи инсулина из крови свиней и коров. В медицине используются и многие другие достижения биотехнологии.

К медицинской биотехнологии отнесены такие процессы производства, в ходе которых создаются биологические объекты (вещества, элементы) медицинского назначения. Это, например, витамины, ферменты, антибиотики, вакцины, полисахариды, аминокислоты, которые применяют как самостоятельные или вспомогательные средства.

Сегодня также возможна терапия раковых опухолей, которая базируется на нормализации работы мутированного гена (онкогена, который провоцирует рост опухолевых клеток) и в обучении иммунной системы «распознавать» и атаковать опухолевые антигены и активировать иммунный ответ.

Развитие биотехнологии сегодня достаточно актуально в контексте нехватки ресурсов биосферы для обеспечения и удовлетворения социально-экономических потребностей человеческой цивилизации.

В частности, биотехнология позволяет решить такие проблемы, как:

1. Нехватку качественной пресной воды.

2. Загрязнение окружающей среды, большое количество производимых отходов.

3. Необходимость создания возобновляемых источников энергии.

4. Необходимость получения новых экологически чистых материалов.

Биотехнология уже стала и будет в дальнейшем источником не только новых пищевых ресурсов для человека, медицинских препаратов, новых видов энергии, но и получения новых веществ. В то же время, именно сегодня в человеческой цивилизации наиболее остро встают вопросы применения отдельных биотехнологий – как правовые, так и этические.

Выводы. Биотехнология – это дисциплина, которая исследует возможности использования организмов для решения актуальных технологических задач, а также возможности создания организмов с необходимыми для хозяйственной деятельности свойствами средствами генной инженерии.

1. Закрепление изученного материала.

Итоговое тестовое задание

1.Что позволяет осуществить биотехнология?

А) Получить необходимые человеку вещества с помощью живых организмов.+

Б) Изучать генотип человека.

2. Какие отрасли народного хозяйства используют биотехнологии?

А) Сельское хозяйство

Б) Медицина

В) Все перечисленные+

3. Из каких живых организмов выделяют антибиотики?

А) Плесневые грибы+

Б) Водоросли

4. В какой отрасли промышленности не используют микроорганизмы?

А) В металлургической

Б) Пищевой

В) Атомной+

5.Биотехнология – это…

А) целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далеких по своему происхождению;

Б) неродственная гибридизация;

В) это промышленное использование биологических процессов и систем на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами +

6.Каков принцип генной инженерии?

А) Выделение и введение гена в новое генетическое окружение с целью создания организма.+

Б) Выделение и введение гена в родительский организм с целью создания организма.

7. Какой ученый выявил сущность биотехнологических процессов?

А) Дарвин Ч.

Б) Вернадский В.

В) Пастер Л.+

8. Генетически модифицированные организмы – это..

А) организмы, в генотип которых внесены изменения искусственным путем.+

Б) процесс получения искусственным путем потомков идентичных прототипу

В) выращивание в специальных условиях культур клеток живых организмов для проведения исследований

9. Генная инженерия – это …

А) процесс получения искусственным путем потомков идентичных прототипу

Б) метод биотехнологии и направление молекулярной биологии, в рамках которого осуществляется исследование и выделение генов из клеток живых организмов для последующей манипуляции.+

В) организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии.

10. Клеточная инженерия – это….

А) метод биотехнологии и направление молекулярной биологии, в рамках которого осуществляется исследование и выделение генов из клеток живых организмов для последующей манипуляции

Б) целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далеких по своему происхождению;

Б) неродственная гибридизация

В) метод биотехнологии – выращивание в специальных условиях культур клеток живых организмов для проведения исследований, а также для медицинских целей – например, выращивание тканей человека для последующей трансплантации.+

1. Домашнее задание

§15 учебника, подготовить творческое задание на тему «ГМО за и против»

1. Список литературы

1. Пономарева И. Н., Корнилова О. А., Чернова Н. М. Биология: 9 класс: учеб. для учащихся общеобразоват. учреждений / под ред. проф. И. Н. Пономаревой. М.: Вентана-Граф, 2013

2. Учебник биологии: Общая биологи 9 класс. Авторы: А.А.Каменский, Е.А. Крискунов, В.В.Пасечник.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/491201-biotehnologija-osnovnye-napravlenija-i-perspe